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Die Erfindung betrifft eine Steuergerät-Einheit für ein Kraftfahrzeug, die ein Steuergerät und eine Halterung umfasst, sowie ein solches Steuergerät und eine solche Halterung.
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Stand der Technik
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Steuergeräte sind elektronische Einheiten, die als eingebettete Systeme zur Steuerung und/oder Regelung von Komponenten in technischen Einrichtungen eingesetzt werden. In Kraftfahrzeugen werden Steuergeräte in verschiedenen elektronischen Bereichen verwendet, bspw. als Motorsteuergerät zur Steuerung und Regelung von Abläufen eines Verbrennungsmotors. Da Steuergeräte regelmäßig in vibrationsreicher Umgebung angeordnet sind, ist es erforderlich, diese sicher zu fixieren, wozu Halterungen unterschiedlicher Art eingesetzt werden.
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Es ist zu berücksichtigen, dass Steuergeräte in Kraftfahrzeugen auf unterschiedliche Weisen angeordnet und befestigt werden. Nach der Montage wird ein Kabelbaumstecker aufgesteckt, der von dem zugeordneten Steuergerät gehalten wird.
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Beispielsweise ist eine als E-Box bezeichnete Einheit bekannt, in der ein Kabelbaumstecker montiert ist. Eine E-Box ist eine Elektronik-Box, in der Steuergeräte aufgenommen werden. Dabei wird bzw. werden das oder die Steuergeräte zugeführt und eingesteckt. Hierbei halten die Kabelbaumstecker das bzw. die Steuergeräte.
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Weiterhin sind Direktkontaktierungen von Gegensteckern zu Leiterplatten-Kontaktflächen bzw. -Lands aus PC-Technikanwendungen bekannt, Dies erfolgt bspw. bei Systemplatinen bzw. Motherboards, Zählerkarten usw.
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Bei mit Kunststoff ummantelten Motorsteuergeräten handelt es sich beispielsweise um im Transfer-Gussverfahren mit einem Duroplast, nämlich einem Epoxy-Hartverguss, ummantelte Bauelementeträger, d. h. um ummantelte Leiterplatten oder Keramiksubstrate. Diese können, um Kosten einzusparen, über Kontaktflächen auf dem Bauelementeträger und nicht über üblicherweise verwendete Steckerleisten bzw. Messerleisten verfügen. Dies wird als Direktkontaktierungskonzept bezeichnet.
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Das Steuergerät wird dabei von einer Halterung aufgenommen, in welcher die Kontaktierung erfolgt, wobei die Halterung beispielsweise ein Stecker sein kann. Dabei kann es dazu kommen, dass Bereiche der Halterung sehr eng auf der Oberfläche des Steuergeräts aufliegen.
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Dadurch entsteht im Bereich dieser Auflagefläche ein isolierender Luftspalt. Dieser wirkt wie ein thermischer Isolator, so dass die Gefahr besteht, dass Bauteile und Leitungen im Steuergerät zu heiß werden. Daher ist es erforderlich, dafür zu sorgen, dass die entstandene Wärme abgeführt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 018 457 A1 ist eine elektronische Schaltungsvorrichtung bekannt, bei der Wärmeabstrahlungsrippen integral mit einem Gehäuse geformt sind. Diese Abstrahlungsrippen, die dazu vorgesehen sind, die Oberfläche der Schaltungsvorrichtung zu vergrößern, dienen zum Abstrahlen von Wärme, wobei die Wärme nach oben, d.h. senkrecht bzw. orthogonal zu der Schaltungsvorrichtung, abgestrahlt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden eine Steuergerät-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Steuergerät nach Anspruch 6 und eine Halterung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Durch Ausbildung von Kanälen im Bereich zwischen dem Steuergerät und der Halterung ist sichergestellt, dass eine natürliche Konvektion, bedingt durch den Kamineffekt, gegeben ist. Dies bedeutet, dass durch diese Kanäle Luft strömt, was zu einer Abkühlung führt. Weiterhin wird erwärmte Luft abgeführt. Dabei wird Luft bei jedem Kanal an einem der Enden angesaugt und an dem anderen der Enden abgegeben. Dieser Luftstrom entsteht bspw. durch einen Temperaturoder Druckgradienten und kann dadurch unterstützt werden, dass die Kanäle über ihren Verlauf einen sich ändernden Querschnitt haben. Dies bedeutet z. B., dass bei einem Kanal das eine der Enden einen größeren Querschnitt als das andere Ende hat. Die Halterung dient bspw. zum Kontaktieren des Steuergeräts, in der Art eines Steckers, und/oder zum mechanischen Fixieren des Steuergeräts.
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Die Querschnitte der Kanäle, die durch den Bodenabschnitt, die Seitenabschnitte, die üblicherweise im wesentlichen senkrecht zu dem Bodenabschnitt und bspw. parallel zueinander verlaufen, und dem Deckabschnitt gebildet sind, weisen einen zumindest fast vollständig geschlossenen Umfang bzw. Verlauf auf, d.h. dass diese zumindest fast vollständig umlaufend dicht sind. Auf diese Weise wird vermieden, dass in den Kanälen strömende Luft seitlich entweicht, so dass der Luftstrom in den Kanälen nicht beeinflusst wird, was die Konvektion unterstützt.
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In einer Ausführung sind die elektronischen Komponenten auf einer Leiterplatte angebracht. Dabei ragt der Direktkontaktierungsbereich aus einer Kunststoffummantelung heraus. Dieser kann in zwei Einzelbereiche zu je etwa zweiundzwanzig Kontakten unterteilt sein. Auf jeder Leiterplattenseite sind dann elf Kontaktflächen pro Einzelbereich vorgesehen. Dabei wird das Steuergerät in eine Aufnahmeeinheit, die den Kabelbaumstecker mit weiblichen Steckkontakten umfasst und im Fahrzeug fest verschraubt sein kann, eingelegt oder eingeführt. Das Steuergerät wird dann lediglich von der Aufnahmeeinheit gehalten.
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Da die Aufnahmeeinheit des Steuergeräts großflächig bedecken kann und in diesem Bereich ein isolierender Luftspalt zwischen Steuergerät und Innenseite der Aufnahmeeinheit vorhanden ist, wirkt letztere zusammen mit dem Luftspalt wie ein thermischer Isolator, so dass Bauteile und Leitungen im Steuergerät zu heiß werden können.
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Da die Aufnahmeeinheit die Wärmekonvektion über die Luft, die hier nicht betrachtet werden soll, und die Wärmestrahlung erschwert oder großenteils verhindert, wird zusätzlich zu den bereits geplanten Luftschlitzen oder Öffnungen in der Aufnahmeeinheit in einer Ausführungsform folgende weitere Maßnahme vorgeschlagen:
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Die Guss- bzw. Moldschichthöhe des Steuergeräts im Bestückungsbereich wird durch das höchste zu umgießende Bauteil bestimmt. Viele andere Bauteile sind bspw. 2 mm oder flacher und erlauben dadurch Auskehlungen bzw. Schlitze (Kehlen oder Nuten) in der Gussschicht. Besonders wirkungsvoll ist es, diese Auskehlungen direkt unter den Schlitzen oder Öffnungen in der Aufnahmeeinheit vorzusehen.
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Dies bewirkt eine Erhöhung der Oberfläche des Mold-Gehäuses, eine Wärmekonvektionserhöhung durch eine Art Kamineffekt, bei dem heiße Luft von den Bodenabschnitten aufsteigt und an den Wänden der Kanäle vorbei nach außen gelangt, d. h. die Konvektion oder Luftströmung wird angeregt und somit eine erwünschte größere Wärmeabfuhr an die kühlere Umgebungsluft erreicht, da die Luftmoleküle ihre Wärmeinhalte mitnehmen. Dies führt zu einer Gussmaterialreduktion und damit einer Kosteneinsparung.
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Die Kanäle können natürlich auch nur zur Oberflächenerhöhung ringsherum in die Ummantelung das Gehäuse des Steuergeräts eingebracht werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Steuergerät der beschriebenen Art in stark vereinfachter Darstellung.
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2 zeigt eine Ausführung des Steuergeräts.
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3 zeigt das Steuergerät aus 2 in einer perspektivischen Ansicht.
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4 zeigt eine weitere Ausführung der Steuergerät-Einheit im Kabelbaumstecker.
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5 zeigt eine Ausführung des Kanals.
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6 zeigt eine weitere Ausführung des Kanals.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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In 1 ist in einer Schnittdarstellung ein Steuergerät 10 wiedergegeben, dass über eine Reihe von Schlitzen bzw. Auskehlungen 12 verfügt, die im Bereich einer Oberfläche des Steuergeräts 10 vorgesehen sind. Diese Schlitze 12 sind nach oben offen dargestellt, doch werden diese im Einsatz durch eine entsprechende Aufnahmeeinheit bzw. Halterung (nicht dargestellt) überdeckt bzw. abgedeckt, so dass die Schlitze 12, zumindest fast, vollständig abgeschlossen sind und Kanäle bilden. In diesen Kanälen strömt Luft im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Steuergeräts 10, was eine Kühlung des Steuergeräts 10 bewirkt.
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In 2 ist ein Steuergerät dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet ist. Dieses Steuergerät 20 umfasst eine Leiterplatte 22, auf der elektronische Komponenten aufgebracht sind. Die Leiterplatte 22 ragt aus einer Ummantelung 25 des Steuergeräts 20 heraus. Das Steuergerät 20 wird mit Kontaktflächen voran in eine Halterung, bspw. einen Stecker, der als Aufnahmeeinheit dient, eingeführt. Der eingeführte Zustand ist in 4 wiedergegeben.
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Weiterhin zeigt die Darstellung eine umlaufende Dichtung 26 und einen Direktkontaktierungsbereich 28 mit beschichteten, bspw. goldbeschichteten, Kontaktflächen oben und unten auf der Leiterplatte 22.
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In 3 ist das Steuergerät 20 aus 2 in einer perspektivischen Ansicht wiedergegeben. Zu erkennen ist die Leiterplatte 22, die von der Ummantelung 25 umgeben ist. Weiterhin zu erkennen ist die Dichtung 26 und der Direktkontaktierungsbereich 28.
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In 4 ist eine Steuergerät-Einheit 40, die ein Steuergerät im Stecker darstellt, wiedergegeben mit einem Steuergerät 42 und einer Aufnahmeeinheit 44, die als Halterung für das Steuergerät 42 dient. In dem Steuergerät 42 sind im Bereich der Oberfläche Schlitze bzw. Auskehlungen 46 vorgesehen, die parallel zueinander verlaufen und mit Schlitzen bzw. Aussparungen 48 in der Aufnahmeeinheit 44 zusammenwirken, indem jeweils übereinanderliegende Schlitze 46 bzw. 48 einen Kanal bilden, in dem Luft strömen kann.
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Mit Bezugsziffer 52 ist eine hintere Abdeckung für den Kabelbaumschwanz bezeichnet. Mit Bezugsziffer 54 ist ein Schieber bezeichnet, der optional vorgesehen sein kann.
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In 5 ist eine Ausführungsform des Kanals 60 in einer Schnittdarstellung gezeigt, so dass der Querschnitt des Kanals 60 zu erkennen ist. Dieser Kanal 60 umfasst einen Bodenabschnitt 62, zwei sich senkrecht vom Bodenabschnitt 62 nach oben erstreckende, parallel zueinander verlaufende Seitenabschnitte 64 und einen Deckabschnitt 66. Dieser Deckenabschnitt 66 liegt nicht auf den Seitenabschnitten 64 auf, so dass zwei Spalte 68 ausgebildet sind. Der im Querschnitt zu erkennende Umfang des Kanals 60 ist dennoch fast vollständig geschlossen, bis auf die beiden Spalte 68, so dass die im Kanal 60 befindliche Luft nicht, oder nur in geringem Maße, entweichen kann und sich daher eine Strömung in Richtung des Kanals 60 einstellt. Zu beachten ist, dass es nicht wesentlich ist, ob ein Spalt oder Spalte ausgebildet ist bzw. sind.
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In einer Ausführung können der Bodenabschnitt 62 und die Seitenabschnitte 64 in einem Steuergerät ausgebildet sein und der Deckabschnitt durch eine Halterung gebildet sein. Die einzelnen Abschnitte können sich aber beliebig auf die beiden Bauteile verteilen. Wichtig ist, dass sich im Bereich zwischen der Halterung und dem Steuergerät ein Kanal bzw. Kanäle ausbilden, so dass eine Konvektion möglich wird.
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In 6 ist ein weiterer Kanal 80 wiedergegeben mit einem Bodenabschnitt 82, zwei Seitenabschnitten 84 und einem Deckabschnitt 86. In diesem Fall weist der Kanal einen geschlossenen Umfang auf. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass ein Steuergerät mit dem Bodenabschnitt 82 und zwei Seitenabschnitten 84 und damit einem Schlitz direkt auf einer Halterung, deren dem Steuergerät zugewandte Oberfläche den Deckabschnitt 86 bildet, aufliegt. Alternativ kann der Kanal 80 auch vollständig in einem Steuergerät oder einer Halterung, vorzugsweise im Bereich der Oberfläche, ausgebildet sein.
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Die in den 5 und 6 gezeigten Kanäle 60 und 80 weisen einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Selbstverständlich sind auch andere Querschnitte, wie bspw. dreieckig, mehreckig, rund, zum Teil abgerundet usw., denkbar. Dabei kann der Querschnitt einen geschlossenen Umfang oder einen Umfang mit Unterbrechungen, somit einen fast vollständig geschlossenen Umfang, aufweisen.
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In den 5 und 6 sind unterschiedliche Ausführungen des Kanals, einmal mit Spalt und einmal ohne Spalt, dargestellt. Bei der Bemessung des Spalts, falls dieser vorhanden ist, ist zu beachten, dass der erwünschte Kamineffekt bestehen bleibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006018457 A1 [0009]
